基于转录组学的茶树冷驯化诱导抗寒性的分子机制研究

低温是影响茶树正常生长的重要限制性环境因素之一，揭示茶树抗寒性分子机理对提高茶树的抗寒性，减轻冻害对茶叶生产造成的影响具有重要意义。本研究对冷驯化过程中的茶树叶片进行了生理指标测定，发现随着冷驯化的进行，茶树叶片相对电导率、丙二醛和相对含水量显著下降，脯氨酸含量则显著上升；此外，冷驯化后碳水化合物含量也发生显著变化，淀粉含量下降，淀粉酶活性增加，可溶性糖含量和蔗糖、果糖、葡萄糖、棉籽糖和半乳糖等糖组分含量增加。这些可作为茶树抗寒能力的鉴定指标。研究了茶树叶片DNA甲基化在冷驯化阶段的变化，发现低温能够诱导茶树DNA甲基化水平。为了研究茶树抗寒分子机制，本研究通过转录组测序，分析冷驯化前，冷驯化和脱驯化三个阶段茶树的转录组数据，得到1770个基因在冷驯化过程中差异表达，差异基因包括了低温感受和信号转导相关基因，渗透响应基因和脱毒酶基因等。对差异基因进行KEGG分析，发现碳水化合物代谢途径和钙离子信号途径可能在茶树响应低温胁迫中发挥了重要作用。根据转录组测序所得的EST序列，通过RACE技术，本研究克隆到59个碳水化合物代谢相关基因，18个bZIP转录因子，20个水通道蛋白（AQP）基因，2个甜菜碱合成相关基因和2个钙调蛋白（CaM）基因的全长cDNA序列。通过荧光定量PCR技术，本研究分析了这些基因在茶树自然冷驯化、人工低温处理和不同抗寒性茶树品种中的表达模式，明确了受低温调控的碳水化合物代谢相关基因，CsbZIP转录因子，CsAQP和CsCaM等基因，确定了甜菜碱醛脱氢酶CsBADH1表达的高低于茶树品种抗寒性密切相关。基于以上研究，本研究提出了茶树冷驯化诱导抗寒性的分子机制。研究结果为今后继续深入阐明茶树抗寒性机理及进行茶树抗寒育种的早期鉴定提供了理论基础。